提供一种功率半导体装置(1)，其按照下列顺序包括：- 集电极电极(1)，- 第二导电类型的集电极层(2)，- 第一导电类型的漂移层(3)，- 第二导电类型的基极层(4)，- 具有开口(82)的第一绝缘层(8)，- 第一导电类型的发射极层(5)，其中发射极层(5)与基极层(4)接触并且至少通过第一绝缘层(8)或基极层(4)其中之一与漂移层(3)分开，- 第二导电类型的主体层(6)，其对发射极层(5)侧向布置，并且通过第一绝缘层(8)和发射极层(5)与基极层(4)分开，- 第一导电类型的源区(7)，其通过主体层(6)与发射极层(5)分开，- 由源区(7)所接触发射极电极(15)。该装置还包括：第二导电类型的第一层(65)，与发射极电极(15)接触并且与基极层(4)分开；以及第一导电类型的第二层(55)，布置在第一层(65)与基极层(4)之间，并且与发射极层(5)和源区(7)分开。平面MIS栅电极(9)从发射极电极(15)侧向布置，对应MIS沟道可在源区(7)、主体层(6)和发射极层(5)之间形成。晶闸管电流通路(120)通过开口(82)在发射极层(5)、基极层(4)和漂移层(3)之间延伸，以及关断MIS沟道(110)可在平面MIS栅电极(9)下面从第一层(65)、第二层(55)、基极层(4)到漂移层(3)形成。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及功率电子设备，以及更具体来说涉及功率半导体装置。
技术介绍
实现本专利技术的模式 图1中示出发射极切换晶闸管(EST)的截面图，其包括具有发射极侧17和集电极侧12(这些侧上布置了发射极电极15和集电极电极I)的晶片10。在发射极侧17上，布置了平面栅电极9，其包括导电栅极层92、导电另一栅极层93和第二绝缘层94，第二绝缘层94将栅极层92和93与晶片10中的第一或第二导电类型的任何层绝缘以及相互绝缘。与IGBT中相似，在发射极侧17上，布置了延伸到栅极层91下面的区的η+掺杂源区7以及包围源区7的P掺杂基极层4。源区7和基极层4在发射极接触区域18处接触发射极电极15。该装置在发射极侧17上还包括另一 η+掺杂源区72，其通过第二绝缘层94与发射极电极15绝缘。另一源区72从栅极层91下面的区延伸到另一栅极层93(其完全包围栅极层91)下面的区。朝集电极I，布置了低(η_)掺杂漂移层3和P掺杂集电极层2。在这个装置中，MOS沟道100可经由基极层4从源区7到另一源区72形成。在该装置中，采取晶闸管电流通路105的形式的又一沟道在操作期间可经由基极层4从另一源区72到漂移层3形成。又一晶闸管电流通路可通过漂移层3从基极层4到集电极层2形成。EST使用级联概念，其中低电压MOSFET与晶闸管结构串联集成，使得通过关断MOSFET来关断晶闸管。由于短接基极层，在与IGCT相比时，EST提供MOS电压控制接通切换、更高安全操作区域和处理故障条件。这种装置具有取决于其低电压MOSFET阻断和更高通态快回(snapback)效应的有限短路能力。而且，通态损耗因低电压MOSFET沟道100电阻而比现有技术IGCT要高。基极层4在EST装置中短接，使得晶闸管结构增强效应因空穴排放而降低，并且因此这导致更高通态损耗。在集电极层2中生成的空穴可在基极层4中直接捕获，并且因此能够不促成源区7中的电子注入。通态在晶闸管区域被锁存之前遭受快回效应，因为导通最初通过两个沟道发生。US 6169299 BI示出具有嵌入p掺杂基极层中的绝缘层的IGBT。源区通过浮动p主体(body)层与发射区分开。MOS沟道在平面栅电极下面通过主体层从源区到发射极层来形成。第一晶闸管沟道通过绝缘层和基极层中的开口从发射极层到漂移层来形成。US 5291040 A示出具有通过浮动p主体层(其通过又一η掺杂层侧向端接)所包围的η源区的晶闸管。在P主体层内布置了绝缘层，其将主体层分开为两个区域。连接到发射极电极的又一 P掺杂区形成从P基极层到发射极电极的关断沟道。该装置需要两个不同的栅极。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种功率半导体装置，其避免了在以通态传导电流时通过空穴排放效应所引起的空穴的任何损耗。这个目的通过提供一种功率半导体装置来实现，该功率半导体装置至少包括具有第一导电类型以及与第一导电类型不同的第二导电类型的层的四层结构，所述结构包括按照下列顺序的层: -集电极电极， -第二导电类型的集电极层， -第一导电类型的漂移层， -第二导电类型的基极层， -具有开口的第一绝缘层， -第一导电类型的发射极层，其中发射极层接触到基极层，并且其中发射极层至少通过第一绝缘层或基极层其中之一与漂移层分开， -第二导电类型的主体层，其对发射极层侧向布置，并且该主体层通过第一绝缘层和发射极层与基极层分开， -第一导电类型的源区，其通过主体层与发射极层分开， -发射极电极，其在发射极接触区域处至少由源区接触。该装置还包括:P掺杂第一层，其接触到发射极电极并且与基极层分开；以及η掺杂第二层，其布置在第一层与基极层之间，并且其与发射极层和源区分开。平面栅电极从发射极电极侧向布置，该平面栅电极包括导电栅极层和第二绝缘层，其将栅极层与第一或第二导电类型的任何层并且与发射极电极绝缘。MIS沟道可在源区、主体层和发射极层之间形成。第一晶闸管电流通路可通过开口在发射极层、基极层和漂移层之间形成，以及第二晶闸管电流通路可在基极层、漂移层和集电极层之间形成。关断沟道可在平面栅电极下面从第一层、第二层、基极层到漂移层形成。由于第一绝缘层的存在，集电极层中生成的空穴不能流入P主体层中并且从发射极层的复合中逃逸，即，避免空穴排放效应。所有空穴流入发射极层，其再次生成高电子注入。因此，传导损耗在这个装置中非常低。有利地，发射极层使用直到12t3 cm—3的掺杂浓度来高掺杂，使得能够在发射极层中有效地破坏空穴，这再次使得有可能实现高电流放大。空穴排放的避免连同电流放大一起允许在发射极处的高等离子体浓度，使得集电极层可示范地使用在I X 116直到I X 119 cm—3之间的最大掺杂浓度来相当低的掺杂。因此，等离子体浓度在发射极侧上更高，这再次允许在硬感应切换期间得到很低的关断切换损耗。该装置不需要第一导电类型的任何高掺杂增强层，其在现有技术装置中布置在漂移层与基极层之间以便降低空穴排放效应。但是，由于这类增强层的存在，在阻断或关断期间在具有因宇宙射线引起的尚故障率的可能性的现有技术装置中生成尚电场。由于本专利技术避免了漂移层与基极层之间的第一导电类型的更高掺杂层的存在，所以专利技术装置具有更低宇宙射线引起的故障率，这允许工作在更高阻断电压。【附图说明】下面的文本中将参照附图更详细地说明本专利技术的主题，附图包括: 图1示出现有技术EST装置； 图2示出按照本专利技术的半导体装置，其中主体层通过源区与发射极电极分开； 图3示出按照本专利技术的又一半导体装置，其中主体层具有到发射极电极的接触； 图4示出按照本专利技术的又一半导体装置，其中源区延伸到第一绝缘层； 图5-9示出按照本专利技术的其他半导体装置，其包括集成空穴通路沟道； 图10示出按照本专利技术的又一半导体装置，其包括集成接通沟道； 图11示出按照本专利技术的又一半导体装置，其包括独立接通沟道；以及图12示出按照本专利技术的又一半导体装置，其中主体层通过源区与发射极电极分开，并且包括主体接触层。在参考标号的列表中概括附图中使用的参考标号及其含意。一般来说，对相似或者相似机能的部件赋予相同参考标号。所描述实施例意在作为示例而不应是限制本专利技术。【具体实施方式】如图2所示的至少具有带第一导电类型以及与第一导电类型不同的第二导电类型的层的四层结构的专利技术功率半导体装置包括晶片10，在所述晶片10上，发射极电极15布置在晶片的发射极侧17上，以及集电极电极I布置在晶片中与发射极侧17相对的集电极侧12上。晶片包括集电极侧12与发射极侧17之间的η和P掺杂层。该装置按照下列顺序包括: 当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种功率半导体装置，按照下列顺序包括：‑ 集电极电极(1)，‑ 第二导电类型的集电极层(2)，‑ 第一导电类型的漂移层(3)，‑ 所述第二导电类型的基极层(4)，‑ 具有开口(82)的第一绝缘层(8)，‑ 所述第一导电类型的发射极层(5)，其中所述发射极层(5)接触到所述基极层(4)，并且其中所述发射极层(5)至少通过所述第一绝缘层(8)或所述基极层(4)其中之一与所述漂移层(3)分开，‑ 所述第二导电类型的主体层(6)，其对所述发射极层(5)侧向布置，并且所述主体层(6)通过所述第一绝缘层(8)和所述发射极层(5)与所述基极层(4)分开，‑ 所述第一导电类型的源区(7)，其通过所述主体层(6)与所述发射极层(5)分开，‑ 发射极电极(15)，其由所述源区(7)接触，其中所述装置还包括所述第二导电类型的第一层(65)，其接触到所述发射极电极(15)并且与所述基极层(4)分开，以及所述第一导电类型的第二层(55)，其布置在所述第一层(65)与所述基极层(4)之间，并且其与所述发射极层(5)和所述源区(7)分开，其中平面栅电极(9)从所述发射极电极(15)侧向布置，所述平面栅电极(9)包括导电栅极层(92)和第二绝缘层(94)，其将所述栅极层(92)与所述第一或第二导电类型的任何层并且与所述发射极电极(15)绝缘，其中所述MIS沟道(100)可在所述平面栅电极(9)下面在所述源区(7)、所述主体层(6)和所述发射极层(5)之间形成，其中第一晶闸管电流通路(120)可通过所述开口(82)在所述发射极层(5)、所述基极层(4)和所述漂移层(3)之间形成，以及其中关断沟道(110)可在所述平面栅电极(9)下面从所述第一层(65)、所述第二层(55)、所述基极层(4)到所述漂移层(3)形成。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：F鲍尔，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH
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